VO2最大値

V̇O ₂ max（最大酸素消費量、最大酸素摂取量、最大有酸素能力とも呼ばれる）は、運動中に到達可能な酸素消費の最大速度である。 ^{[1] [2]}この名称は3つの略語に由来している。「V̇」は体積（ニュートン記法で「単位時間あたり」を示す。「V」の上の点は酸素を意味する「O ₂」、および「max」は最大値を意味し、通常は体重1キログラムあたりで標準化される。同様の尺度にV̇O ₂ Peak（最大酸素消費量）があり、これは増分的であろうとなかろうと、1セッションの運動から測定可能な値である。実際のV̇O ₂ maxと一致することもあれば、それを過小評価することもある。古いフィットネス文献と一般的なフィットネス文献では、これらの値が混同されることがよくある。^{[3]肺の酸素と二酸化炭素の交換能力は、活動組織への}血液酸素輸送速度によって制限される。

_{実験室で V̇O 2} maxを測定すると、持久力トレーニング中の個人のトレーニング効果の比較や、人々間の比較に使用できる持久力フィットネスの定量的な値が得られます。最大酸素消費量は、運動パフォーマンスにおける心肺フィットネスと持久力を反映します。競技長距離ランナー、レーシングサイクリスト、オリンピッククロスカントリースキー選手などの一流アスリートは、90 mL/(kg·分)を超える V̇O ₂ max 値を達成できます。一方、アラスカンハスキーなどの一部の持久力動物は、200 mL/(kg·分)を超える V̇O ₂ max 値を持っています。

身体トレーニングでは、特に学術文献では、V̇O ₂ max は、運動レベルを定量化するための基準レベルとしてよく使用されます。たとえば、持続可能な運動の閾値としての 65% V̇O _{2 max は、一般に}心拍数よりも厳格であると考えられていますが、測定がより複雑です。

V̇O ₂ maxは、絶対速度（例えば、1分間の酸素リットル数（L/分））または相対速度（例えば、1分間の体重1キログラムあたりの酸素ミリリットル数（例：mL/(kg·分)）のいずれかで表されます。後者の表現は、持久力スポーツ選手のパフォーマンスを比較するためによく使用されます。しかし、V̇O _{2 maxは一般に、種内の個体間または種間で体重に対して直線的に変化しないため、体格の異なる個体または種のパフォーマンス能力の比較は、}共分散分析などの適切な統計的手法を用いて行う必要があります。^[2]

V̇O ₂ max を正確に測定するには、有酸素エネルギーシステムに十分な負荷をかけるのに十分な持続時間と強度の身体的努力が必要です。一般的な臨床および運動テストでは、通常、運動強度を徐々に増加させながら以下の値を測定していく段階的運動テストが行​​われます。

• 換気と
• 吸入および呼気中の酸素と二酸化炭素の濃度。

V̇O _{2 maxは}、心肺運動テスト（CPXテスト）中に測定されます。このテストは、トレッドミルまたは自転車エルゴメーターで行われます。トレーニングを受けていない被験者の場合、自転車エルゴメーターを使用すると、トレッドミルを使用した場合と比較してV̇O ₂ maxが10％から20％低くなります。^[4]しかし、トレーニングを受けたサイクリストの自転車エルゴメーターでの結果が、トレッドミルで得られた結果と同等か、それよりも高いこともあります。^{[5] [6] [7]}

ヒルとラプトン（1923）の意味で、古典的なV̇O ₂ maxは、作業負荷の増加にもかかわらず酸素消費量が定常状態（「プラトー」）を維持しているときに達成されます。プラトーの発生は保証されておらず、個人やサンプリング間隔によって異なる可能性があり、結果が変化する修正されたプロトコルにつながります。^[3]

V̇O _{2 は}、最大努力での運動中に得られた値であれば、フィックの式: で計算することもできます。ここで、 Qは心臓の心拍出量、 C _a O ₂は動脈血酸素含有量、C _v O ₂は静脈血酸素含有量です。 ( C _a O ₂ – C _v O _{2 ) は}動静脈酸素差とも呼ばれます。 ${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}=Q\times \ (C_{a}{\ce {O2}}-C_{v}{\ce {O2}})}$

フィックの式は重症患者のVO2を測定するのに使用できるが、非運動患者の場合でさえその有用性は低い。_[ 8 ^]一方、呼吸に基づくVO2を使用して_心拍出量を推定することは、十分に信頼できると思われる。^[9]

被験者が最大限の努力を払って V̇O ₂ max を正確に測定する必要があることは、呼吸器系や心血管系に障害のある人にとっては危険な場合があります。そのため、V̇O _{2 max を}推定するための最大下テストが開発されました。

_V̇O2maxの推定値は最大心拍数と安静時心拍数に基づいている。Uth et al. (2004)の定式では次のように表される: ^[10]

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx {\frac {{\text{HR}}_{\max }}{{\text{HR}}_{\text{rest}}}}\times 15.3{\text{ mL}}/({\text{kg}}\cdot {\text{minute}})}$

この式は、最大心拍数（HR _max）と安静時心拍数（HR _{rest ）の比を使用してV̇O 2} maxを予測します。研究者らは、この変換ルールは21歳から51歳のよく訓練された男性の測定値のみに基づいており、他のサブグループに適用した場合は信頼できない可能性があると警告しました。また、年齢に関連した推定値ではなく、最大心拍数の実際の測定値に基づいた場合に、この式が最も信頼できるとアドバイスしました。

十分に訓練された男性の場合、Uth定数係数は15.3となる。^[10]その後の研究では、異なる集団について定数係数が修正されている。Voutilainen et al. 2020によると、心血管疾患、気管支喘息、または癌のない、約40歳の標準体重の非喫煙男性の場合、定数係数は14になるはずである。^[11] 10歳ごとに係数は1ずつ減少し、標準体重から肥満への体重の変化や非喫煙者から現喫煙者への変化も同様に減少する。したがって、60歳の肥満の現喫煙男性のV̇O _{2 maxは、HR max}とHR _restの比を10倍して推定する必要がある。

ケネス・H・クーパーは1960年代後半にアメリカ空軍のために研究を行った。その結果の一つが、12分間で走った距離を測定するクーパーテストだった。 ^[12]測定された距離に基づいて、線形回帰方程式を逆転させることでV̇O ₂ max [mL/(kg·分)]の推定値を計算すると、次のようになる。

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx {d_{12}-504.9 \over 44.73}}$

ここで、d _{12 は}12 分間で移動する距離 (メートル単位) です。

別の式は次のようになります。

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx {(35.97*d'_{12})-11.29}}$

ここで、d ′ _{12 は}12 分間で移動する距離（マイル単位）です。

_{V̇O2maxを推定するための信頼性の高いテストやV̇O2max}計算機は他にもいくつかありますが、最も有名なのは多段階フィットネステスト（またはビープテスト）です。^[13]

1マイルのトラックウォーキング（可能な限り速く）から推定されるV̇O _{2 max（小数分単位（} t、例えば20:35の場合は20.58と指定）、性別、年齢、体重（ポンド単位（BW 、lbs）、 1マイル終了時の60秒間の心拍数（HR 、bpm））。 ^[14]定数xは男性の場合は6.3150、女性の場合は0です。

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx 132.853-0.0769\cdot {\text{BW}}-0.3877\cdot {\text{age}}-3.2649t-0.1565\cdot {\text{HR}}+x}$

一般化された式の 相関係数rは0.88です。

男性のVO2 maxは_、トレッドミルでは女性より平均26%高く（6.6 mL/(kg·min)）、自転車エルゴメーターでは女性より平均37.9%高く（7.6 mL/(kg·min)）、^[15]自転車エルゴメーターで測定した場合、トレッドミルと比較してVO2 max_は平均22%高くなります（4.5 mL/(kg·min)）。^[15]

平均的な訓練を受けていない健康な男性のV̇O2maxは_約35～40mL/(kg·分)である。 ^{[16] [17]}平均的な訓練を受けていない健康な女性のV̇O2maxは_約27～31mL/(kg·分)である。 ^[16]これらのスコアは訓練によって向上し、年齢とともに低下する可能性があるが、訓練の程度も大きく異なる。^[18]

ロードサイクリング、ボート、クロスカントリースキー、水泳、長距離走など、持久力がパフォーマンスの重要な要素となるスポーツでは、世界クラスのアスリートは一般的に高いVO2max値を持っ_ています。エリート男性ランナーは最大85mL/(kg·分)、エリート女性ランナーは約77mL/(kg·分)を消費することができます。^[19]

ノルウェーのサイクリスト、オスカー・スヴェンセンは、97.5mL/(kg·分)という史上最高のV̇O2の記録を保持している。_[ 20 ^{] [21]}

V̇O ₂ maxは他の動物種でも測定されています。負荷をかけて泳いでいる間、マウスのV̇O 2 maxは約140 mL/(kg·min)でした。_[ 22 ^] サラブレッド種の馬は、 18週間の高強度トレーニング後、V̇O 2 maxは約193 mL/(kg·min)でした。_[ ^23] イディタロッド・トレイル・スレッド・ドッグ・レースに参加したアラスカン・ハスキーのV̇O ₂ maxは240 mL/(kg·min)にも達しました。^[24]プロングホーンアンテロープの推定V̇O ₂ maxは300 mL/(kg·min)にも達しました。^[25]

_V̇O2に影響を与える要因は、需要と供給に分けることができます。^[26]供給は肺からミトコンドリアへの酸素の輸送（肺機能、心拍出量、血液量、骨格筋の毛細血管密度を組み合わせたもの）であり、需要はミトコンドリアが酸化的リン酸化の過程で酸素を還元できる速度です。^[26]これらのうち、供給要因の方が制限的である可能性があります。^{[26] [27]}ただし、訓練を受けた被験者はおそらく供給が制限されている一方で、訓練を受けていない被験者は確かに需要が制限される可能性があるとも主張されています。^[28]

_V̇O2maxに影響を与える一般的な特性としては、年齢、性別、体力とトレーニング、高度などがあります。V̇O2max_は、ランニングエコノミーや長時間の運動中の疲労耐性の変動により、ランナーのパフォーマンスを予測する指標としては不十分です。体はシステムとして機能します。これらの要因の1つが標準以下であれば、システム全体の正常な能力が低下します。^[28]

エリスロポエチン（EPO）という薬は、人間と他の哺乳類の両方で_VO2 maxを大幅に高めることができます。^[29]このため、EPOはプロのサイクリングなどの持久力スポーツのアスリートにとって魅力的です。EPOは1990年代から違法なパフォーマンス向上物質として禁止されていましたが、1998年までにサイクリングで広く使用されるようになり、フェスティナ事件^{[30] [31]を引き起こしたほか、} USADAの2012年の米国郵政公社プロサイクリングチームに関する報告書でも頻繁に言及されています。^[32] グレッグ・レモンは、異常なパフォーマンスの向上を検出するために、ライダーのVO2 max（およびその他の属性）のベースラインを確立することを提案しています_。 [ ^33]

V̇O ₂ max/peakは、特定のアスリートグループや、まれに疾患リスク評価を受けている人々の心肺機能（CRF）の指標として広く使用されています。2016年に、米国心臓協会（AHA）は、CRF（V̇O ₂ max/peakとして定量化可能）を定期的に評価し、臨床バイタルサインとして使用することを推奨する科学的声明を発表しました。V̇O ₂が利用できない場合は、エルゴメトリー（運動ワット数測定）を使用できます。^[34]この声明は、フィットネスレベルが低いと、心血管疾患、全死亡率、死亡率のリスクが高くなるという証拠に基づいています。^[34] AHAの推奨事項では、リスク評価に加えて、フィットネスを測定することで、運動処方、身体活動カウンセリングを検証し、評価対象者の管理と健康の両方を改善することの価値を挙げています。^[34]

2023年の観察コホート研究のメタアナリシスでは、 _V̇O2maxと全死亡リスクの間に逆相関と独立相関が示された。 ^[35]推定心肺フィットネスの代謝当量1増加ごとに、死亡率が11％低下した。 ^[35] _V̇O2maxスコアの上位3分の1の人は、下位3分の1の人と比較して死亡率が45％低かった。^[35]

2023年現在、V̇O2max_は、相当な資源とコストを要するため、心肺機能や死亡率を評価するために日常の臨床診療ではほとんど使用されていません。^{[36] [37]}

イギリスの生理学者アーチボルド・ヒルは、 1922年に最大酸素摂取量と酸素負債の概念を導入した。^{[38] [27]}ヒルとドイツの医師オットー・マイヤーホフは、筋肉のエネルギー代謝に関する独自の研究により、 1922年のノーベル生理学・医学賞を共同受賞した。 ^[39]この研究を基に、科学者は運動中の酸素消費量の測定を開始した。ミネソタ大学のヘンリー・テイラー、 1950年代と60年代のスカンジナビアの科学者ペル・オロフ・オーストランドとベンクト・サルティン、ハーバード疲労研究所、ドイツの大学、コペンハーゲン筋肉研究センターが重要な貢献をした。^{[40] [41]}

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